(57)【要約】【課題】  ナノスケールの微小物質を基板の任意な位置に堆積させる方法を提供する。【解決手段】  内部に電極が挿入され、また微小物質を水性液に分散させて得られた帯電状態の微小物質を含む分散液が充填されているマイクロピペットを、その先端部が基板表面に近接するように配置し、次いで、上記電極と基板との間に電界を印加することにより、分散液中の帯電微小物質を基板表面に向けて電気泳動させたのちマイクロピペットの先端部から排出させて基板表面に堆積させることからなる基板上に微小物質を堆積させる方法。【選択図】      図２ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に電極が挿入され、また微小物質を水性液に分散させて得られた帯電状態の微小物質を含む分散液が充填されているマイクロピペットを、その先端部が基板表面に近接するように配置し、次いで、上記電極と基板との間に電界を印加することにより、分散液中の帯電微小物質を基板表面に向けて電気泳動させたのちマイクロピペットの先端部から排出させて基板表面に堆積させることからなる基板上に微小物質を堆積させる方法。
【請求項２】
マイクロピペットの先端部と基板との間の距離が、マイクロピペットに装着された振動子によりシェアーフォース制御される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
マイクロピペットと基板の少なくともいずれか一方を移動可能にして、マイクロピペットと基板の少なくともいずれか一方の移動により、基板とマイクロピペットの相対位置を任意に変えながら、マイクロピペットの先端部から基板表面の所定位置に微小物質を堆積させる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法を実施するための内部に電極を備えたマイクロピペット。
【請求項５】
請求項２に記載の方法を実施するための外部に振動子を備え、かつ内部に電極を備えたマイクロピペット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にナノスケールの微小物質を堆積させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のナノテクノロジーの発達に伴い、電子デバイス、メモリー、ナノマシンなどの微小領域の先端技術が注目を集めている。こうした微細なデバイスの製作には、従来、半導体デバイスプロセスで実績のあるフォトリソグラフィーが利用されているが、フォトリソグラフィーは、露光、現像、エッチングといった一連のプロセスが必要であるため、システム全体が複雑になり、また加工寸法が光の波長により制限を受けるという問題がある。
【０００３】
非特許文献１には、走査型プローブ顕微鏡を用いるナノスケール超音波振動切削、ピペットプローブ微細加工などの様々な微細加工技術が紹介されている。
【０００４】
走査型プローブ顕微鏡は、プローブと名付けられている針状具の先端の位置を、レーザとフォトデテクタ（センサ）を用いた撮像装置で監視しながら、基板などの加工対象物の表面に沿って移動させ、所定位置での基板の状態の観察する光学装置であり、上記非特許文献１には、この装置を用いることにより、微細加工が可能であると説明されている。
【０００５】
非特許文献１には、微細加工のひとつとして、内部に電極ワイヤを挿入したマイクロピペットをプローブとして利用し、硫酸銅水溶液等のイオン溶液を基板の表面に点着して金属めっき（ドットめっき）する方法が記載されている。
【非特許文献１】応用物理、第７３巻、第４号（２００４）の４９０〜４９３頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、カーボンナノチューブ、蛋白質粒子、ＤＮＡ粒子、金属もしくは非金属の微粒子などの様々な種類のナノスケールの微小物質を基板の任意な位置に堆積させる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、内部に電極が挿入され、また微小物質を水性液に分散させて得られた帯電状態の微小物質を含む分散液が充填されているマイクロピペットを、その先端部が基板表面に近接するように配置し、次いで、上記電極と基板との間に電界を印加することにより、分散液中の帯電微小物質を基板表面に向けて電気泳動させたのちマイクロピペットの先端部から排出させて基板表面に堆積させることからなる基板上に微小物質を堆積させる方法にある。本発明における分散液とは、水性媒体もしくは油性媒体（有機溶媒など）を分散媒とする分散液を意味する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の方法を利用することにより、カーボンナノチューブ、蛋白質粒子、ＤＮＡ粒子、金属もしくは非金属の微粒子などの様々な種類のナノスケールの微小物質を基板の任意な位置に堆積させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の基板上に微小物質を堆積させる方法について、添付図面を参照しながら詳しく説明する。
【００１０】
図１は、本発明の基板上に微小物質を堆積させる方法を実施するために有利に利用できる走査型マイクロピペットプローブ顕微鏡装置の基本構成を説明する図であり、このような構成の走査型マイクロピペットプローブ顕微鏡装置は既に知られている。
【００１１】
図１において、走査型マイクロピペットプローブ顕微鏡装置は、基板（あるいは試料）１を載せる精密基台２、精密基台を縦横および高さ方向（すなわち、ＸＹＺ方向）の精密な移動を起こさせるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛磁器）素子３、基板１の上方にて、任意の方向に相対的に移動可能なマイクロピペット（プローブ）４、マイクロピペットの先端にシェアフォースを印加して微細な横振動を励振させるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛磁器）振動子５、ＰＺＴ振動子の励振を駆動する発振器６、マイクロピペットの先端部にレーザ光を照射するレーザダイオード７、レーザダイオードからマイクロピペット先端部に照射されるレーザ光をさらに集束させるレンズ８、マイクロピペットの先端部を透過あるいは先端部で回折したレーザ光を集光し、電流信号に変換する二分割フォトデテクタ９、フォトデテクタから出力した電流信号を電圧信号に変える電流電圧変換器１０、電流電圧変換器で変換された電圧信号を演算してマイクロピペットの先端部の位置情報を演算する演算回路１１、演算回路と精密基台制御回路１２とを結合するロックインアンプ１３（発振器６からの発振情報が入力される）、精密基台を移動させるＰＺＴ素子３を駆動するＰＺＴドライバ１４、そして精密基台制御回路からの制御情報に基づいてＰＺＴドライバに精密移動情報を送るコンピュータ１５、そしてコンピュータから出力されたマイクロピペットの先端部の状態の情報を画像情報として表示するディスプレイ１６から構成されている。
【００１２】
図２は、本発明の基板上に微小物質を堆積させる方法を実施するために有利に利用できる電極付きマイクロピペットの構成と、微小物質の堆積の原理を説明する図である。マイクロピペット４の内部には外部電源と接続した電極（たとえば、ワイヤ状電極）１７が備えられている。電極１７と基台２とは、電源を介して電気的に接続しており、必要な時に、電極１７と基台２との間に電圧が印加されるようになっている。
【００１３】
図２は、図１の走査型マイクロピペットプローブ顕微鏡装置を操作してマイクロピペット４の先端部を基板１の表面に近接して配置した状態を示している。
【実施例】
【００１４】
本発明の基板上に微小物質を堆積させる方法は、図１と図２に示した装置を用いることにより有利に実施することができるので、次に図１と図２を参照しながら、本発明の方法を詳しく説明する。
【００１５】
走査型マイクロピペットプローブ顕微鏡装置自体は、既に市販されており、市販の製品を購入するか、あるいは自作することにより用意することができる。ただし、本発明で用いるマイクロピペットは、その先端の開口部の内径が１μｍ以下、特に２００ｎｍ程度あるいはそれ以下の非常に細いガラス管であるところから、通常は、キャピラリーガラス管と呼ばれる細いガラス管（たとえば、外径１．０ｍｍ、内径０．６ｍｍ）をマイクロプペットプラーと呼ばれる加熱装置を用いて熱引き操作をすることにより作製する。
【００１６】
次に、マイクロピペットにワイヤー電極１７のような電極を図２のように装着し、このようにして製作した電極付きマイクロピペットに試料液を入れる。試料液は、カーボンナノチューブ、蛋白質粒子、ＤＮＡ粒子、金属もしくは非金属の微粒子などの様々な種類のナノスケールの微小物質を純水などの水性媒体に分散した分散液である。一般に、金属ナノ微粒子に代表される微小物質は、水性媒体に分散させ、コロイダル溶液とした場合に、プラスまたはマイナスに帯電する。従って、試料液中の微小物質は特に帯電のための処理を施さなくても良い場合が多いが、必要に応じて公知の帯電処理を施してもよい。
【００１７】
次いで、試料液を充填した電極付きマイクロピペット４を図１の励振用ＰＺＴ振動子５に装着する。図１の装置では、発振器６からの信号に従って、励振用ＰＺＴ振動子５にて振動が発生し、この振動がマイクロピペット４の先端部に伝達され、そのマイクロピペット先端部が横方向に僅かに（例えば、振動振幅が２〜３ｎｍにて）振動する。このマイクロピペットの振動下にある先端部にレーザダイオード７から発射され、レンズ８でさらに集束されたレーザ光を照射し、この先端部を透過する、あるいは先端部により回折するレーザ光を二分割フォトダイオード９で受光して電気信号に変換し、この信号は、電流電圧回路１０、演算回路１１、ロックインアンプ１３、そして制御回路１２を経て必要な電気的な処理が施され、コンピュータ１５に入力される。そして、マイロピペット先端部の状態がディスプレイ１６にてリアルタイムに画像化される。このマイロピペット先端部の画像を確認しながら、ＰＺＴドライバ１４により、精密移動用ＰＺＴ素子３を駆動させ、精密基台２を、縦横および高さ方向（すなわち、ＸＹＺ方向）に精密に移動させ、基板１の表面の所望の位置に、マイクロピペット４の先端部を接近させる。なお、ＰＺＴ振動子５から印加された振動エネルギーにより横方向に僅かに振動するマイクロピペット４の先端部には、基板１への接近につれて、シェアーフォースがかかり、このため、該先端部の振動は弱くなる。そして、マイクロピペットの先端部が基板１の表面に接触するか、あるいはほぼ接触状態に近くなると、マイクロピペット先端部の振動は消失する。
【００１８】
マイクロピペット４の先端部が基板１に接触あるいは略接触した状態（図２に示す状態）で、精密基台２とワイヤー電極１７の間に電圧を印加する（極は、試料液中の微小物質粒子の電荷を考慮して決める）と、試料液中の荷電微粒子は電気泳動により、基板１の表面に向って移動し、次いで、マイクロピペットの先端部から排出され基板１の表面に堆積するようになる。このような操作により、所望量の荷電微粒子を所望の位置にさせることができる。基板１の表面に堆積した微粒子の状態は、ディスプレイ１６により観察することができる。ついで、コンピュータ１５よりＰＺＴドライバ１４に精密基台２の移動情報を送信して、精密基台２を改めて、縦横および高さ方向（ＸＹＺ）方向に精密に移動させ、基板１の表面の別の所望の位置に、マイクロピペット４の先端部を接近させて、上記と同様な操作を行なう。
【００１９】
従って、上記の操作を繰り返すことにより、基板の表面の所望の位置に所望の量の微小物質を堆積させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の基板上に微小物質を堆積させる方法を実施するために有利に利用できる走査型マイクロピペットプローブ顕微鏡装置の基本構成を説明する図である。
【図２】本発明の基板上に微小物質を堆積させる方法を実施するために有利に利用できる電極付きマイクロピペットの構成と、微小物質の堆積の原理を説明する図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  基板
２  精密基台
３  ＰＺＴ素子
４  マイクロピペット（プローブ）
５  励振用ＰＺＴ振動子
６  発振器
７  レーザダイオード
８  集束レンズ
９  二分割フォトデテクタ
１０  電流電圧変換器
１１  演算回路
１２  制御回路
１３  ロックインアンプ
１４  ＰＺＴドライバ
１５  コンピュータ
１６  ディスプレイ
１７  ワイヤー電極
【図１】
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【図２】
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